[发明专利]井巷非结构化空间冗余监测机器人姿态控制系统及方法

说明书

本申请提出一种井巷非结构化空间冗余监测机器人姿态控制系统及方法，属于连续型机器人领域，系统包括：核心控制器、上位机、传感器模块、电位器、蛇形臂姿态控制模块、绳索驱动模块、蛇形臂运动模块；方法包括：采集井巷环境信息；获取蛇形臂各关节角度的变化量；控制蛇形臂各关节角度，并将电位器测得的各关节角度对应的电压值传递给核心控制器；对所述电压值通过计算，得到关节偏转角度，并且进一步转换为驱动信号；驱动蛇形臂运动模块，使冗余监测机器人达到预定位姿。显示冗余监测机器人的各变量变化情况以及传感器模块采集的信息。本申请解决了控制过程中各关节转动角不易确定，无法根据实际复杂多变情况对机械臂进行灵活控制的问题。

技术领域

本发明属于连续型机器人领域，具体涉及一种井巷非结构化空间冗余监测机器人姿态控制系统及方法。

背景技术

井巷空间狭窄，障碍物多，环境恶劣，当机械设备出现故障时检修困难，传统的离散型机器人由于刚性关节和连杆结构，自由度数目有限，对工作空间受限的环境适应性不强，无法完成井巷设备监测检修任务。而连续型机器人为“无脊椎”的柔性结构，可以柔顺而灵活地改变自身的形状，从而在各种复杂、非结构化的空间中灵活通过，并且机械结构简单、体积小、运动灵活性与稳定性良好。因此，连续型机器人十分适合应用于井巷非结构化空间的设备监测和检修。

连续型机器人采用线驱动方式，通过电机带动驱动线移动，控制机器人到达预定位置。基于绳索驱动的连续型机器人将驱动电机、控制线板等装置放置在机器人的底部基座上，将驱动部分与工作部分隔开，使机器人的控制面板及传动机构不易受外界工作环境如高温、潮湿、多粉尘等因素的影响，有效提升空间运动的灵活性和精准性。

连续型机器人运动控制需先进行路径规划，而后控制连续型机器人按照预定路径运动。但该控制过程繁琐且路径规划过程中，各关节转动角不易确定，无法根据实际复杂多变情况对机械臂进行灵活控制。

针对现有技术中控制过程中各关节转动角不易确定，无法根据实际复杂多变情况对机械臂进行灵活控制的问题，目前尚未有效技术方案。

发明内容

针对现有技术的不足，本申请提出一种井巷非结构化空间冗余监测机器人姿态控制系统及方法，解决了控制过程中各关节转动角不易确定，无法根据实际复杂多变情况对机械臂进行灵活控制的问题。

第一方面，本申请提出一种井巷非结构化空间冗余监测机器人姿态控制系统，包括：核心控制器、上位机、传感器模块、电位器、蛇形臂姿态控制模块、绳索驱动模块、蛇形臂运动模块；

所述核心控制器分别与所述上位机、传感器模块、蛇形臂姿态控制模块以及绳索驱动模块相连接，所述电位器与所述蛇形臂姿态控制模块相连接，所述蛇形臂运动模块与所述绳索驱动模块相连接；

所述核心控制器用于接收所述传感器模块传递过来的环境信息，接收所述蛇形臂姿态控制模块传递过来的所述各关节角度对应的电压值，针对所述电压值通过计算，得到关节偏转角度，并且进一步转换为驱动信号，将所述驱动信号传递给所述绳索驱动模块；

所述上位机通过以太网通讯与所述核心控制器相连接，通过组态软件控制并显示冗余监测机器人的各变量变化情况以及显示传感器模块采集的信息；

所述传感器模块用于采集井巷环境信息并将所述环境信息传递给所述上位机模块以及所述核心控制器模块；

所述电位器用于获取蛇形臂各关节角度的变化量；

所述蛇形臂姿态控制模块用于控制所述蛇形臂各关节角度，并将电位器测得的各关节角度对应的电压值传递给核心控制器；

所述绳索驱动模块用于根据所述核心控制器传递过来的驱动信号，驱动所述蛇形臂运动模块；

所述蛇形臂运动模块用于接受所述绳索驱动模块的驱动，使冗余监测机器人达到预定位姿。